【正文】 O、Cr2OAl2OMgO、CuO、TiOMnO2等。但已知純金屬銅當(dāng)加熱到足夠反應(yīng)的溫度時(shí)，會(huì)因燒結(jié)而使表面積縮小，從而失去活性。CoMo系寬溫變換催化劑的另一特點(diǎn)是可用于低溫變換，也可以用于中溫變換，可在160～270 ℃（低變用），160～460 ℃（中變用）的寬廣范圍內(nèi)使用。CoMo系寬溫變換催化劑不同于CuZn系低變催化劑在于它的耐硫性特別強(qiáng)，正常生產(chǎn)中對(duì)氣體中的硫含量沒(méi)有上限要求，不論多高都可以直接進(jìn)入。CoMo系寬溫變換催化劑的加工工藝有混碾法及浸漬法兩種，大多數(shù)CoMo系低變催化劑采用浸漬法工藝，如B302Q、B303Q、SB3等。也可以用它取代中變催化劑，實(shí)現(xiàn)CoMo寬溫變換流程，還可望用于三催化劑工藝流程，以取代目前三催化劑流程中的CuZn系低變催化劑。CoMo系變換催化劑使用前必須先進(jìn)行硫化，生成CoS, MoS2才能獲得高的活性。目前，中小型氮肥廠(chǎng)的低變催化劑均采用CoMo系催化劑。但是純銅金屬催化劑在加熱到具有足夠反應(yīng)速度的溫度時(shí)，會(huì)因燒結(jié)而損害表面結(jié)構(gòu)，使催化劑活性劇減，因此必須放入適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)性助催化劑，作為分散狀銅晶粒的間隔體。 CO低溫變換催化劑 低變催化劑的發(fā)展隨著脫硫技術(shù)的進(jìn)展，烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化鎳催化劑在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，以及純凈合成氣的制造，特別是在60年代初，透平壓縮機(jī)在合成氨工業(yè)上的出現(xiàn)，大系列化合成氨工藝對(duì)原先脫除少量一氧化碳以及二氧化碳的銅堿洗工序，已顯的很復(fù)雜，氣體精制度不能達(dá)到現(xiàn)代化工廠(chǎng)的要求（CO+CO210 mL?m3）,因此從1963年開(kāi)始，世界各國(guó)對(duì)低溫變換催化劑展開(kāi)了廣泛的研究。（2）在兩段變換催化劑之間或中變和低變之間，將氣體送往脫除二氧化碳裝置，然后再進(jìn)行第二次變換。由于（115）為一放熱反應(yīng)，要對(duì)生成的熱量采取一定的措施。d. 二氧化碳濃度從一氧化碳變換反應(yīng)的方程式來(lái)看，如果出去生成的二氧化碳，有利于反應(yīng)向正方向進(jìn)行，并使變換反應(yīng)接近于完成。因此，工業(yè)上一般均采用加入一定的過(guò)量水蒸氣的方法來(lái)提高一氧化碳的變換率。且各種氣體與理想氣體有一定的偏差，必須根據(jù)各氣體組分的逸度計(jì)算KP，因此壓力對(duì)CO的變換反應(yīng)有一定的影響。目前的工業(yè)操作條件下： MPa氣壓下，溫度為200～500 ℃時(shí)，壓力對(duì)于變換反應(yīng)沒(méi)有顯著的影響。此外，反應(yīng)溫度與催化劑的活性有很大的關(guān)系，一般工業(yè)用的變換催化劑低于某一溫度反應(yīng)便不能正常進(jìn)行，而高于某一溫度也會(huì)損壞催化劑，因此一氧化碳變換反應(yīng)必須在催化劑的適用溫度范圍內(nèi)選擇合理的工藝條件。對(duì)于一氧化碳含量較高的半水煤氣，開(kāi)始反應(yīng)時(shí)，為了加快反應(yīng)速度，一般要在較高的溫度下進(jìn)行，而在反應(yīng)的后一階段，為了使反應(yīng)比較完全，就必須使溫度降低一些，工業(yè)上采取的兩段中溫變換就是根據(jù)這一概念設(shè)計(jì)確定的。在變換反應(yīng)的初期，反應(yīng)物濃度高，提高反應(yīng)溫度，可加快正反應(yīng)；在變換反應(yīng)的后一階段，二氧化碳和氫氣的濃度增加，逆反應(yīng)速度加快，因此，須設(shè)法降低反應(yīng)溫度，使逆反應(yīng)速度減慢，這樣可以得到較高的變換率。CO變換反應(yīng)的化學(xué)平衡的影響因素：a. 溫度溫度對(duì)變換反應(yīng)的影響較大：溫度升高，反應(yīng)速度加快。本設(shè)計(jì)可采用下面的公式計(jì)算[1]。 其平衡常數(shù)為： （19）式中：yi——各組分的摩爾分?jǐn)?shù)r ——?dú)怏w的逸度系數(shù)Kp——CO的平衡常數(shù)由于小合成氨廠(chǎng)的變換反應(yīng)多在壓力 MPa，溫度為180～250 ℃條件下進(jìn)行的，其逸度系數(shù)接近于1，即： （110）則式（19）可簡(jiǎn)化為： （111）式中，Pi各組分的分壓由于變換反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，考慮平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，且隨溫度的升高而降低。在一般情況下，一氧化碳與水蒸汽直接進(jìn)行反應(yīng)，其變換反應(yīng)的速度是很慢的，如果用催化劑催化，則可以加快反應(yīng)速度，大大有利于變換反應(yīng)的進(jìn)行。為了將CO除去，工業(yè)上采用的方法是:在催化劑存在的條件下，利用較為廉價(jià)的水蒸氣與CO反應(yīng)，生成H2和CO2。 變換氣反應(yīng)原理合成氨生產(chǎn)需要的原料氣是H2和N2，而半水煤氣中含有約30%左右的CO，需要將其除去。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，隨著耐硫低溫催化劑的開(kāi)發(fā)利用，“全低變”的工藝和設(shè)備不斷完善，操作水平也進(jìn)一部提高，目前“全低變”工藝已進(jìn)入成熟階段。變換工段是指CO與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過(guò)程。因此，一氧化碳的變換既是原料氣的凈化過(guò)程，又是原料氣制造的繼續(xù)。大部分一氧化碳，先通過(guò)變換反應(yīng)，即在催化劑存在的條件下，一氧化碳與水蒸氣作用生成氫氣和二氧化碳。固體燃料氣化所得半水煤氣中的一氧化碳含量為28%~30%，烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化為12%~13%，焦?fàn)t轉(zhuǎn)化氣為11%~15%，重油部分氧化為44%~48%。關(guān)鍵詞：合成氨；低溫變換；熱量衡算；物料衡算.AbstractTransform processes is one of the most important processes, and it plays a very important role in the industry of synthetic ammonia.The task is the design of shift process in 70 kt/a NH3. The lowtemperature shift technology was adopted in this to the relevant cultural heritage data, plete the calculation of material, calories. Furthermore, the size and type of the equipments were determined such as heat exchanger, shift converter, do to synthesize an all of the ammonia transformation work segment low craft flow chart and equipments changing set out results meet the requirements of the design task well, the craft process can go. 48 / 52摘 要 IAbstract II第一章 前言 1 變換氣反應(yīng)原理 1 CO變換反應(yīng)化學(xué)平衡 2 CO低溫變換催化劑 5 低變催化劑的發(fā)展 5 低變催化劑的主要成分 5 催化劑的活性降低和中毒 7 工藝流程簡(jiǎn)述 8第二章 物料衡算及熱量衡算 10 10 CO全變換過(guò)程總蒸汽比的計(jì)算 10 11 11 CO平衡變換率及出催化劑床層氣體的組成 12 第一變爐熱量衡算 13 14 CO在第一變換爐催化劑床層最適宜溫度 15 CO在第一變換爐催化劑層變換反應(yīng)操作線(xiàn) 16 第二變換爐第一段催化劑層物料及熱量衡算 17 第二變換爐第一段催化劑層汽/氣比 17 第二變換爐第一段催化劑層CO的平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算 18 出口溫度校核 18 第二變換爐第一段催化劑熱量衡算 18 第二變換爐第一段催化劑床層平衡曲線(xiàn)計(jì)算 19 CO在第二變換爐第一段催化劑層最適宜變換溫度 20 CO在第二變換爐第一段催化劑層變換反應(yīng)操作線(xiàn) 20 第二變換爐第二段催化劑床層物料及熱量衡算 21 第二變換爐第二段催化劑層CO的平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算 22 22 平衡溫距校核 23 第二變換爐第二段催化劑床層平衡曲線(xiàn)計(jì)算 24 CO在第二變換爐第二段催化劑層最適宜變換溫度 24 CO在第二變換爐第二段催化劑層變換反應(yīng)操作線(xiàn) 25 煤氣換熱器熱量衡算 26 變換氣換熱器熱量衡算 27 27 28第三章 主要設(shè)備計(jì)算 29 第一變換爐的計(jì)算 29 催化劑用量計(jì)算 29 催化劑床層阻力計(jì)算 30 第二變換爐的計(jì)算 31 第二變換爐第一段催化劑用量計(jì)算 31 第二變換爐第二段催化劑用量計(jì)算 32 第二變換爐催化劑床層阻力的計(jì)算 33 煤氣換熱器的計(jì)算 35 設(shè)備直徑及管數(shù)確定 36 設(shè)備規(guī)格的確定 37 傳熱系數(shù)計(jì)算 37 傳熱面積計(jì)算 42 列管長(zhǎng)度的計(jì)算 42主要設(shè)備一覽表 43設(shè)計(jì)結(jié)果及總結(jié) 44參考文獻(xiàn) 45致 謝 46第一章 前言合成氨生產(chǎn)常用的原料包括：焦碳、煤、焦?fàn)t氣、天然氣、石腦油和重油。并做出了合成氨變換工段全低變的工藝流程圖和設(shè)備布置圖。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料，完成物料、熱量的計(jì)算。摘 要變換工序是合成氨中最重要的工序之一，在合成氨工藝的流程中起著非常重要的作用本次設(shè)計(jì)為70 kt/a合成氨變換工段的工藝設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用全低變的工藝流程.。并對(duì)第一變換爐、第二變換爐、煤氣換熱器以及變換氣換熱器等主要設(shè)備進(jìn)行選型計(jì)算。所得結(jié)果基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，工藝流程可行。不論以固體、液體或氣體為原料，所得到的合成氨原料氣中均含有一氧化碳。一氧化碳的清除一般分為兩次。通過(guò)變換反應(yīng)，既能把一氧化碳變?yōu)橐子谇宄亩趸?，同時(shí)，又可制得與反應(yīng)了的一氧化碳相等摩爾的氫，而所消耗的只是廉價(jià)的水蒸氣。最后，殘余的一氧化碳再通過(guò)銅氨液洗滌法、液氮洗滌法或甲烷化法等方法加以清除。目前，變換工序主要有“全低變”工藝和“中低變”工藝，此次設(shè)計(jì)運(yùn)用的是“全低變”工藝“全低變”工藝是90年代在我國(guó)小合成氨廠(chǎng)開(kāi)始使用的，是從“中低變”演變而來(lái)，使用低溫活性較好的B302Q、B303Q等耐硫變換催化劑，各段進(jìn)口溫度均在200 ℃左右。該工藝具有蒸汽消耗低、系統(tǒng)阻力小、生產(chǎn)強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)。變換工段的目的就是將半水煤氣中的CO除去，在本質(zhì)上是原料氣凈化的一個(gè)過(guò)程。原料氣中的一氧化碳與水蒸汽的變換反應(yīng)可用下式表示： （11）此反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱為40964 J/mol，當(dāng)開(kāi)車(chē)正常生產(chǎn)后，即可利用其反應(yīng)熱來(lái)維持過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行。隨著一氧化碳變換反應(yīng)的進(jìn)行，伴隨著微量的副反應(yīng)發(fā)生，主要有如下幾種：（1）甲烷的生成 (12) （13） （14）（2）一氧化碳的分解反應(yīng) （15）（3）有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化反應(yīng) （16） （17） （18） CO變換反應(yīng)化學(xué)平衡一氧化碳和水蒸汽的變換反應(yīng)系可逆反應(yīng)。平衡常數(shù)與溫度關(guān)系的表達(dá)式很多，數(shù)值各不相同，這是由于恒壓熱容等基礎(chǔ)熱平衡數(shù)據(jù)不同所致。 （112）式中，T——溫度，K （113）在變換范圍內(nèi)，平衡